Kerámiai iparok. Építőipari kötőanyagok. Üvegipar zománcipar

Átírás

1 Kerámiai iparok Fogyasztói: építőipar, híradástechnika, kohászat, fémmegmunkálás Aluminoszilikátok, több komponensű rendszerek Durva- (tégla, cserép), finomkerámia (porcelán), oxidkerámia (félvezetők, ferritek), fémkerámia Építőipari kötőanyagok Mész, cement, beton Üvegipar zománcipar Síküveg, öblösüveg, hőálló üveg, vegyipari készülékek Dr. Pátzay György 1

2 Csoport Jell. képviselő Tulajdonság, jellemző Felhasználás Szilikátok: Porcelán (kaolin, földpát, kvarc alkáli-alumínium-szilikát) hagyományos dísz és ipari kerámia, hálózati szigetelő Szteatit (magnézium-szilikát) nagyfrekv. szigetelő, ellenállás-hordozó Oxidkerámiák: Korund: Al 2 O 3 jó vill szigetelő, hőálló, jó hővezető, szövetbarát MCM hordozó, nagyfrekv. szigetelő, implantátum BeO: jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető nagyfrekv. szigetelő, hordozó ZrO 2 Hőálló, ionvezető tűzálló anyag, oxigén szenzor Titanátok: TiO 2 magas dielektromos állandó I. tip. kondenzátor BaTiO 3 nagyon magas dielektromos állandó, ferroelektromos, piezoelektromos II. tip. kondenzátor piezoelektromos elemek Nitridek: Si 3 N 4, AlN, BN jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető, jó mechanikai tul. nagyfrekv. szigetelő, hordozó, gyémánt helyettesítés Karbidok: SiC, jó mechanikai tul., félvezető, hőálló varisztor, kék LED, fűtőellenállás WC B 4 C jó mechanikai tul. atomreaktor Ferritek lágy és kemény mágnesek Szupravezetők YBa 2 Cu 3 O 7-x MgB 2 T c 100K Dr. Pátzay György 2

3 Agyag (aluminoszilikát) Szilikátipar alapanyagai - vízzel összegyúrva képlékeny, száradáskor és kiégetéskor alakját megtartja SiO 2 kvarchomok, homokkő (soványítja, képlékennyé teszi a kerámiát) Földpát (kálium-aluminoszilikát) - tömörré teszi a kerámiát Mészkő, márga, magnezit, dolomit - kalcium- és magnéziumkarbonátok - porozitást növelik Dr. Pátzay György 3

4 Agyag Szárazon kemény, repedezett, nedvesen jól gyúrható, formázható anyag. Jellemző tulajdonsága a nagyarányú vízfelvevő képesség. Egyes agyagok akár 300% vizet is képesek tárolni. Összetételükről elmondható, hogy 0,002 mm-nél kisebb kőzetmálladék alkotja, fizikai tulajdonságukat azonban döntően befolyásolják az agyagásványok (illit, montmorillonit, kaolinit). Térfogatváltozása (montmorillonit), képlékenységének mértéke (illit), vízáteresztő képessége az agyagásványok típusától, mennyiségétől valamint kicserélhető kationjaitól (pl.: a kálcium morzsalékossá, vízáteresztővé teszi az agyagot) függ. Dr. Pátzay György 4

5 Kaolinit szerkezete o Oxigén; " Hidroxil; o Tetraéderesen koordinált szilícium; Alumínium oktaéderesen koordinált Kaolinit SEM felvétele Dr. Pátzay György 5

6 A CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 terner rendszer olvadáspont diagramja Dr. Pátzay György 6

7 Kerámia fajták Pórusos szövetű gyártm. Tömör szövetű gyártm. Az anyag sárga v. vörös Az anyag sárga v. vörös Az anyag fehér Az anyag nem fehér Az anyag nem fehér Az anyag fehér Máz nélkül Mázzal bevonva Átlátszó vagy színes máz Máz nélkül Mázzal bevonva Tégla, cserép Tűzálló építőanyag Kályhacsempe, majolika Kőedényfajansz Klinker, keramit, saválló burkoló Kőagyag csatornák porcelán Dr. Pátzay György 7

8 Kerámiák csoportosítása alapanyag és felhasználás szerint Tradicionális kerámiák Agyagtárgyak Fazekas termékek Fehér termékek Agyag, földpát és kvarc alapú kőedény üvegkerámia háztartási porcelán ipari porcelán Korszerű kerámiák Elektromos szigetelők Mágneses ferritek Optikai, lámpák Kémiai célú edények, eszközök Hőálló alkatrészek Mechanikai, vágó, megmunkáló szerszámok Biológiai, implantátumok Nukleáris üzemanyag pasztillák műszaki kerámiák Dr. Pátzay György 8

9 Leggyakoribb kerámia termékek Fali és padlócsempék Tégla és cserép Háztartási asztali és főzőedények Hőálló termékek Higiéniai termékek Technikai kerámiák Mázas kőagyag csövek Nagyméretű agyag termékek Szervetlen bevonatok Dr. Pátzay György 9

10 Mázak A kerámiák felületére adott esetben mázat visznek fel, aminek gyakorlati és esztétikai szerepe is lehet. A mázak sima, egyenletes felületet adnak, ami lehet matt vagy fényes, szerkezetüket tekintve az üvegre emlékeztetnek, de olvadt állapotban nagyobb viszkozitásúak. Erősen tapadnak a kerámia alaphoz. A mázok prekurzorait alkotórészeikből és vízből golyós malomban végzett őrléssel állítják elő, ekkor tejszerű homogén szuszpenziót kapnak, amit fel kell vinni a részlegesen kiégetett kerámia tárgyak felületére. A máz szuszpenziókat a kerámiákra bemerítéssel vagy szórással viszik fel. Kiégetésük o C között történhet, függően a készülő tárgy funkciójától és elvárt tulajdonságaitól. A mázakkal a felületet ellenállóvá tehetjük korrózív folyadékokkal szemben, kialakíthatók félvezető mázak is. A mázak alkotó anyagai: SiO 2, B 2 O 3, Al 2 O 3, ZnO, PbO, PbO 2, Na 2 O, CaO, MgO, BaO, SrO, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O, Li 2 O. Dr. Pátzay György 10

11 Kerámiák gyártástechnológiája Aprítás, őrlés: szemcseméret csökkentése, homogenizálás Formázás: nedves és száraz sajtolás, korongozás Szárítás: természetes, mesterséges, hőigényes, közben zsugorodás Égetés: kémiai és fizikai folyamatok fontos paraméterek: felfűtés sebessége, égetés hőmérséklete, ideje, lehűtés módja, A kemencék lehetnek szakaszos és folytonos működésűek, gáz, olaj, fa tüzelésűek vagy elektromos fűtésűek. Égetési hőmérsékletek» tégla o C» kőedény o C» kőagyag, keramit o C» porcelán o C» tűzálló anyagok o C Dr. Pátzay György 11

12 Kerámiaipari műveletek hatása a szerkezetre Előkészítés, keverés formázás szárítás égetés Dr. Pátzay György 12

13 Aprító, törő szerkezetek Dr. Pátzay György Dr. Pátzay György 13

14 Építőipari kötőanyagok A kötőanyagok kémiai és fizikai folyamatokban pépes vagy folyékony állapotból szilárd állapotúvá válnak és a beléjük kevert szilárd anyagokat összeragasztják. Csoportosítási lehetőségek: eredet szerint - természetes (agyag, bitumen) - mesterséges (cement, mész, gipsz) anyagi minőség szerint - ásványi (agyag, mész, cement) - szerves (bitumen, enyv, gyanta) halmazállapot szerint - folyékony (vízüveg) - szilárd (cement) kötés mechanizmus szerint - hidraulikus (cement)-víz alatt köt - nem hidraulikus (mész, gipsz)-víz alatt nem köt Dr. Pátzay György 14

15 Mész égetés CaCO 3 CaO + CO 2 oltás CaO + H 2 O Ca(OH) 2 kötés Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Gipsz CaSO 4 2 H 2 O CaSO 4 anhidrit + 2 H 2 O o C Cement Alapanyag: agyag és mészkő Műveletek: őrlés és égetés o C Szilárdulás, kötés: hidrolízis és hidratáció Beton: cement+kavics+acél nagy nyomószilárdság+ jó húzószilárdság Dr. Pátzay György 15

16 A mész, mészhabarcs Dr. Pátzay György 16

17 A kalciumkarbonát termikus bomlási reakciója Szemcseméret csökkenés a f Dr. Pátzay György 17

18 Párhuzamos áramlásos regeneratív kemence a) Tüzelőanyag; b) Égést tápláló levegő; c) Hűtő levegő; d) Lándzsák; e) Kereszt járat; f) 1. akna; g) 2. akna Dr. Pátzay György 18

19 Forgó mészégető kemence a) Égő; b) Levegő; c) Előmelegítő; d) Kemence; e) Hűtő A hőhasznosítás hatásfoka döntő a gazdaságosság szempontjából, hőcserélők beépítése Felhasználás: vas és acélgyártás, építés, talajjavítás, Ca-karbid előállítás Dr. Pátzay György 19

20 Égető kemence mozgatható kocsival Görgős égető kemence Dr. Pátzay György 20

21 Gipsz CaSO 4 *2H 2 O gipsz, CaSO 4 anhidrit 120 o C CaSO 4 *2H 2 O CaSO 4 *0,5H2O + 1,5H 2 O o C CaSO 4 képződik oldódó anhidrit o C CaSO 4 képződik nem oldódó anhidrit 800 o C CaSO 4 képződik oldódó anhidrit Dr. Pátzay György 21

22 Építési gipsz felhasználása Gipszkarton gyártása Gipszkarton típusok Dr. Pátzay György 22

23 Magnézia (Sorel) cement MgCl 2 sok Mg(OH) 2 MgO(OH)) kevés A kötés során eltérő összetételű MgO x Cl y keletkezik. Hiroszkópos! Töltőanyagokkal melegpadló készítésre használható. A felületetolajozással, parafinozással védeni kell! Dr. Pátzay György 23

24 Szilikát (portland) cement ~ 2/3 rész CaO ~ ¼ rész SiO 2 ~ 4-7% Al 2 O 3 ~ 2-4 % Fe 2 O 3 ~ 1% MgO elegye Nyersanyagok: agyag, mészkő, márgák, pirit, dolomit Előállítás: Hidraulikus kötőanyagok Bauxitcement (aluminátcement): Az 1930-as években gyártott cementféleséget sokáig a portlandcementtel azonos módon használták. E cement gyorsabb kötési ideje és nagyobb kezdeti szilárdsága miatt volt nagyon kedvelt. Azonban a megszilárdult bauxitcement szerkezete instabil, idővel átkristályosodik, szilárdsága lényegesen csökken. Bauxitbetonból készült épületeinkkel komoly statikai problémák léptek fel, olyannyira, hogy egyesek bontásra szorultak. Az ötvenes évek közepén a további problémák elkerülése végett a bauxitbeton alkalmazását rendeletileg tiltották meg. - előkészítés: őrlés, homogenizálás, vas adagolása - égetés ~ C - száradás - hidrátvíz elvesztés C - CaCO3 bomlik C - a CaO reagál a SiO 2 -dal, Al 2 O 3 dal Fe 2 O 3 -dal C - az agyag egy része olvad, dermedéskor magas CaO tartalmú szilikátelegy válik ki -- klinker - gipszkő agadolás ~ 1,5 % - őrlés, érlelés cement Dr. Pátzay György 24

25 Cement Dr. Pátzay György 25

26 A rendszerváltás után öt cementgyár üzemelt hazánkban. A lábatlani és a hejőcsabai a svájciaké, a beremendi és a Dunai Cement- és Mészmű váci üzeme a németeké lett (utóbbi kettő Duna-Dráva Cement Kft. néven egyesült), illetve 2011 júliusa óta működik Királyegyházán a Lafarge S.A. üzeme. Dr. Pátzay György 26

27 Néhány jellemző klinerképződési reakció Dr. Pátzay György 27

28 Portlandcement főbb komponensei Komponens mennyiség megjegyzés C3S 50% nagyon reaktív, magas hidratációs hő, korai szilárdság C2S 25% kis hidratációs hő, lassú reakciók C3A 10% magas hidratációs hő, szulfát károsítja C4AF 10% Gipsz 5% a cement kötését szabályozza ASTM portland cement típusok I. Típus általános felhasználásra II. Típus közepes hidratációs hő, szulfátálló (C3A<8%), általános építés, tengervizes közegben III. Típus magas korai szilárdság (C3A<15%),biztonsági javításokhoz, téli építkezésekhez, előregyártott elemekhez IV. Típus alacsony hidratációs hő (C3S<35%, C3A<7%, C2S>40%), tömegfelhasználás V. Típus szulfátálló (C3A<5%) szulfátos talajokban, csatornákhoz Dr. Pátzay György 28

29 Portlandcement szilárdulási folyamata a) Porozitás; b) Kalcium szilikát hidrát, hosszú szálak; c) Kalcium szilikát hidrát, rövid szálak; d) Kalcium hidroxid; e) Kalcium aluminát hidrát, vas(iii)oxid tartalommal; f) Monoszulfát; g) Triszulfát Dr. Pátzay György 29

30 Dr. Pátzay György 30

31 Kristályos szilikát por Üvegszerű, ~70%-a a cementnek kristályos A cement egy kompozit anyag, üvegszerű és kristályos fázisok heterogén elegyben. Dr. Pátzay György 31

32 Portlandcementek szabványos jelölése (Dr. Révay Miklós és Urbán Ferenc nyomán) pl.: CEM II/A-S 32,5 N CEM jelölés utal az európai szabványok szerinti minőségű cementre, az ezt követő szám pedig összetételére: I. homogén cementek, amelyek gyakorlatilag teljes mennyiségben őrölt portlandcement klinkerből állnak. II. heterogén cementek, melyekben a portlandcement klinkeren kívül más a szilárdulás szempontjából hasznos anyag is található. A következő betű a cementbe a klinkeren kívül adagolt anyag mennyiségére utal: A 5-20 % B % A kötőjel utáni betű ezen anyag fajtáját jelzi: S Kohósalak V Pernye P Trassz vagy puccolán L Mészkőliszt M Kompozit vagy multikompozit cement A CEM jelölés utáni további római számok az alábbi összetételt jelzik: III. Kohósalak cement A következő két betű a kohósalak mennyiségére utal: A % B % Dr. Pátzay György 32

33 IV. Puccolán cement A következő két betű a kiegészítő anyag (trasz, pernye) mennyiségére utal: A % B % V. Kompozit cementek A betűk után a cement három szilárdsági osztályára utaló szám következik. Végül az utolsó betű a szilárdulás ütemére utal. R gyorsan szilárduló rapid cement N normál szilárdulású cement Betonjelzések: C 12-32/FN C- normál beton ( kg/m 3 ) 12- nyomószilárdság 12 N/mm legnagyobb szemcsenagyság FN- földnedves Dr. Pátzay György 33

34 A szilárdságért felelős Különleges tulajdonságok Dr. Pátzay György 34

35 Dr. Pátzay György 35

36 Klinker kemence rácsos előmelegítő - hűtővel a) Tablettázó; b) Köztes porgyűjtő; c) Szárító kamra; d) Forró kamra; e) Rács; f) Forgó kemence; g) Égő; h) Rácsos hűtő; i) Klinker szalag Dr. Pátzay György 36

37 Cementgyártás folyamata Dr. Pátzay György 37

38 A fajlagos energiafogyasztás változása a cementgyártásban Németországban Dr. Pátzay György 38

39 Dr. Pátzay György 39

40 A bitumen az ásványolaj lepárlásából visszamaradó, nagy molekulatömegű, fekete színű, termoplasztikus kötőanyag. Melegre lágyul, illetve folyékonnyá válik. Kémiailag közömbös, víz, híg savak és lúgok szobahőmérsékleten nem oldják, a salétromsavval már szobahőmérsékleten is reakcióba lép. Szerves oldószerek (benzin, gázolaj, petróleum, benzol, stb.), állati és növényi zsírok viszont lágyulását okozhatják. A kátrány szén és fa lepárlása során keletkező fekete színű, erős szagú anyag. Az útépítésben és a szigetelésben ugyan az a szerepe mint a bitumennek. Az aszfalt adalékanyag és bitumen kötőanyagból készített pályaszerkezeti réteg. Aszfaltbeton, a kötőanyag a levegő oxigénjének hatására (főképpen ha napsütés is éri az aszfaltot) a bitumen felső rétege lassan megkeményedik, öregedik. A bitumen összetétele: kolloid diszperz rendszer A rendszer folyékony része a telített aromás, gyantás maltén, melyben finom frakciójú aszfaltén diszpergálódott. Az aszfaltén a bitumen váza. Kátrány, szurok, kőszénkátrány A kátrány egy folyékony, vagy félszilárd, mélyfekete vagy barna termék, amely kőszén, barnaszén, fa, tőzeg és más fosszilis tüzelőanyag szárazpárlásával keletkezik és első sorban szénhidrogén keverékekből áll. A vegyi összetétel a származási fajtától függően eltérő (pl. kőszén-kátrány).a szurok a kátrány desztillációjának maradványából, vagy a szerves anyagok (pl. kőszén, barnaszén, fa) desztillációja során közvetlenül nyert félszilárd maradvány. Dr. Pátzay György 40

41 A bitumen legfőbb fizikai tulajdonságai Lágyuláspont: az a hőmérséklet amelyen a bitumen nyomószilárdsága egy meghatározott érték alá csökken. Győrűs-golyós módszerrel határozzák meg. Penetráció: a bitumen konzisztenciáját jellemző tulajdonság. Mérőszáma 25 C-on egy 100 g tömegő fém tű 5 s időtartam alatt, a bitumenbe történı behatolásának mélysége 0,1 mm-ben kifejezve. Töréspont: a bitumen hideggel szembeni viselkedését jellemzi. Gyakorlatilag azt fejezi ki, hogy a bitumen milyen hőmérsékleten válik rideggé. Duktilitás (nyújthatóság): a bitumen 25 C-on mért nyújthatóságát kifejezı viszonyszám. Sűrűség: a bitumen sűrűsége 25 C-on 1 t/m 3 Tapadás: a bitumen adalékanyagokhoz történő tapadási képességét jellemző érték. Vizes és poros felületek csökkentik a tapadási képességet. Dr. Pátzay György 41

42 Durva és finomkerámiai anyagok Tégla gyártás Agyag + soványító anyag (homok, kőzettörmelék) Nedves formázás Szárítás Égetés o C-on A 19. század utolsó éveiben csak Budapesten 12 téglagyár működött. Emléküket őrzi Feneketlen-tó, amely eredetileg egy téglagyár anyaggödre volt. Napjainkban is számos téglagyár működik hazánkban. Dr. Pátzay György 42

43 Kőagyag Égetés o C-on Máza sómáz (NaCl szórás magas hőmérsékleten) Csatornacsövek, burkolólapokm vegyészeti kerámiák Kőedény más néven porcelán-fajansz vagy fehércserép Finom agyag, kvarc, mészpát, földpát Égetés o C-on Máza ólom-, bórtartalmú (második égetés oc-on) Falburkoló csempe, egészségügyi berendezések, háztartási árúk. Porcelán Kaolin Magas hőmérsékletű égetés miatt zsugorodik, tömörödik Máza földpátból, mészpátból, kaolinból és kvarcból Ütésre cseng, kemény, részben hőálló Csak HF, meleg tömény H 3 PO 4, meleg tömény lúgok támadják meg Dr. Pátzay György 43

44 Üvegablakok a Charles katedrálisból Fáraó fej, üvegbe öntve Dr. Pátzay György 44

45 Mi az üveg? Az üveg megszilárdult folyadék, aminek nem állt elegendő idő arra, hogy kristályosodjon lehűtés közben. Dr. Pátzay György 45

46 Üveg olyan anyag, aminek energiatartalma a folyadék és kristályos állapot között van. Üvegipar Üveg közelítő összetétele: R 2 O*R O*6SiO 2 ahol R és R lehet Ca, Mg, Al, B, Na, K, Fe, Pb, Mn Nyersanyagok: kvarchomok, szóda, mészkőliszt, ólomoxid, bórsav, dolomit, timföld. Üveggyártás folyamatai: keverés, olvasztás, formálás, hűtés, megmunkálás, hőkezelésfeszültségmentesítés Formálás: fúvás, húzás, öntés, hengerlés, sajtolás. A magyarországi üveggyártás termékszerkezete az elmúlt években jelentősen átalakult, bár a legnagyobb volument képviselő termékcsoport az import behozatallal együtt változatlanul a síküveg. Építőipari síküveg gyártás lényegében csak a Guardian Orosháza Kft-nél, Orosházán zajlik. A gyár termelése megközelíti a 2,3 millió tonnát. A GUARDIAN Orosháza Kft. termelésében a magyar piac részesedése 30 %, a többi üveget külföldön értékesíti. A gyár a környező országokba szállítja a termelés 45 %-át, 25 %-a pedig nyugat-európai piacra kerül. Dr. Pátzay György 46

47 Adalékanyagok 1. Üvegképző oxidok: főkomponensek SiO2, B2O3, P2O5, stb. 2. Ömlesztő anyagok: csökkentik az olvadási hőmérsékletet Na2O, PbO, K2O, Li2O, stb.. 3. Tulajdonság módosítók: módosítják a vegyszerállóságot, hőtágulást, viszkozitást stb. CaO, Al2O3, stb. 4. Színezékek: oxidok 3d, 4f elektron szerkezettel; alkomponensek(<1 m%) 5. Tisztítóanyagok: alkomponensek (<1 m%) a buborékok eltávozását segítik elő As-, Sb-oxidok, KNO3, NaNO3, NaCl, fluoridok, szulfátok. Hatásuk kicsi a termék föbb jellemzőire, de elősegítik a tömeggyártást. Batch olvadási folyamatok 1. Gázok kibocsátása CaCO3 CaO + CO2 1 mol mészkőből: 37 cm3 CaO 22,400 Ncm3 CO2 keverő, homogenizáló hatásuk van 2. Folyadékfázis képződése a batch komponensek közvetlen olvadása az eutektikus komponensek olvadása az üvegtörmelék olvadása (meggyorsítja az olvadást) Dr. Pátzay György 47

48 3. Az olvadt komponensek elgőzölgése Oxid (foly.) Oxid (gáz) Alkáli oxidok (Li<Na<K<Rb<Cs Pb, B, P, halidoknakrelatiíve magas a gőznyomásuk 4. Tisztító reakciók: buborékok eltávolítása a) Felúszással b) Vegyi úton gázfejlesztő reakciókkalt Arzén, antimon oxidok hatékonyak m% As 2 O 3, Sb 2 O 3 ; sorozatreakciók: 4KNO As 2 O 3 K 2 O + 2 As 2 O 5 + 4NO + O 2 (a keletkezett nagy gázbuborékok magukkal ragadják a kicsiket) Növelve a hőmérsékletet redukció lép föl: As 2 O 5 As 2 O 3 + O 2 több buborék Csökkentve a hőmérsékletet fordított lesz a reakció: As 2 O 3 + O 2 As 2 O 5 : az oxigén távozik Mivel az As, Sb mérgező, egyéb hőfokfüggőtisztító reakciókat is alkalmaznak: szulfitokat: 2SO 3 2SO 2 + O 2 Cérium-oxidot: 4CeO 2 2Ce 2 O 3 + O 2 Dr. Pátzay György 48

49 Adalékanyagok Olvasztást könnyítő: fluor, bór, arzénvegyületek Tisztulás segítés: arzén-trioxid, nitrátok Fizikai tulajdonság, szín: PbO, CoO, F2O3, stb. Színkialakítás oxidatív vagy reduktív viszonyok között Színtelenítő anyagok: mangán-, szelénvegyületek Nagy törésmutató: ólomüveg Opalizáló anyagok: fluor- és foszforvegyületek Dr. Pátzay György 49

50 Üveggyártás Dr. Pátzay György 50

51 Dr. Pátzay György 51

52 Sorg LoNOx olvasztókemence palacküveg előállításhoz Dr. Pátzay György 52

53 Palackfújás folyamata a) Beadagolás; b) Lefújás c) Ellenfújás; d) Átbillentés talpára; e) Újrahevítés; f) Végső fújás belső hűtéssel; g) Kivétel Dr. Pátzay György 53

54 Üvegtermékek kialakítása Centrifugálással Préseléssel Préseléssel és fújással Dr. Pátzay György 54

55 A Danner eljárás üvegcső előállítására Dr. Pátzay György 55

56 Üvegszövet gyártása a) Olvasztó tartály; b) Centrifúga fúvókákkal; c) Kötőanyag befújása; d) Üvegszövedék; e) Kötésképző kemence; f) Bárd; g) Termék Dr. Pátzay György 56

57 Dr. Pátzay György 57

58 A Pilkington síküveg gyártási eljárás a) Kemence; b) Olvasztott ón; c) Síkfürdő; d) Nitrogén-hidrogén elegy az ón oxidációjának megakadályozására; e) Kivezető nyílás; f) Hengerek Dr. Pátzay György 58

59 Táblaüveggyártás műveletei Dr. Pátzay György 59

60 Az üvegek színezésére használt fémvegyületek Elem Ion Szín Réz Cu 2+ világoskék Króm Cr 3+ zöld Cr 6+ sárga Mangán Mn 3+ ibolya Vas Fe 3+ sárgás-barna Fe 2+ kékes-zöld Kobalt Co 2+ intenzív kék, borátüvegben rózsaszín Co 3+ zöld Nikkel Ni 2+ szürkés-barna, sárga, zöld, kék, ibolya az üvegtől függően Vanádium V 3+ zöld szilikát üvegben, barna borátüvegben Titán Ti 3+ ibolya redukáló körülmények között olvasztva Neodímium Nd 3+ vöröses ibolya Szelén Se 0 rózsaszín Prazeodímium Pr 3+ világos zöld Dr. Pátzay György 60

61 Üvegfelhasználások megoszlása Dr. Pátzay György 61

62 Kémiailag ellenálló üvegszerű bevonat. Zománcok Alapanyagok: Bórsav, bórax, földpát, szóda, salétrom, kvarc, folypát, kriolit, báriumkarbonát, agyag, kaolin Színező pigmentek Homályosító, átlátszatlanná tevő adalékok (fémoxidok, Sb 2 O 3, TiO 2, SnO 2, CeO 2, ZnO stb.) Alapanyag összeolvasztása után őrlés. Munkadarabra felvitel mártással (nedves szuszpenzió), vagy száraz szórással. Ráolvasztás két rétegben: alap, fedőzománc. Dr. Pátzay György 62

63 Félvezető anyagok előállítása: Si lapok A szilíciumot nagy tisztaságú kvarchomokból állítják elő szénelektródos ívkemencében szenet, aktívszenet vagy faszenet használva redukálószerként 1900 o C hőmérsékleten. SiO 2 + C Si + CO 2. SiO 2 + 2C Si + 2CO. A folyékony szilícium összegyűlik a kemence alján, ez 98% tisztaságú. A benne lévő szilíciumkarbid a következő reakcióval tüntethető el: 2 SiC + SiO 2 3 Si + 2 CO ben ennek a kohászati minőségű szilíciumnak $1.70/kg volt az ára. Dr. Pátzay György 63

64 Si tisztítása: zónás olvasztás A zónás olvasztás, amit zónás finomításnak is neveznek, volt az első ipari Si tisztítási módszer. A szilícium rudakat egyik végüknél kezdődően megolvasztják, ezután az olvasztókemence végighalad a rúd mentén úgy hogy mindig egy keskeny rész van olvadt állapotban, amit elhagyott, az a Si ismét megszilárdul. A szennyezések az olvadt régióban vannak végig, ily módon összegyűlnek a rúd azon végében, amit legutoljára olvasztanak meg. Ezt a részt levágják. Amennyiben a tisztaságot tovább kívánják növelni, ismételt zónaolvasztást végeznek. Dr. Pátzay György 64

65 A Si tisztítás kémiai eljárásai A Siemens eljárásban nagy tisztaságú Si rudakat triklórszilánnal reagáltatnak 1150 C-on. A triklórszilán elbomlik és lerakódik a rudakra: 2 HSiCl 3 Si + 2 HCl + SiCl 4 Ez polikristályos Si, szennyezéseket ppb szinten tartalmaz ban az REC beindított egy fluid ágyas technológiával működő üzemet ami szilánnal működik: 3SiCl 4 + Si + 2H 2 4HSiCl 3 4HSiCl 3 3SiCl 4 + SiH 4 SiH 4 Si + 2H 2 Dr. Pátzay György 65

66 A Si kristályosítása A Czochralski eljárás szolgál félvezető egykristályok előállítására, a nagy tisztaságú Si olvadékból, amit kvarc tégelyben olvasztanak meg, oltókristállyal húznak felfelé megszilárduló Si rudat, amit közben még forgatnak is. A folyamtot inert atmoszférában végzik. A Si-hoz itt adhatják hozzá a B-t vagy P-t, ha n vagy p típusú félvezető alapot készítenek. Ily módon mm átmérőjű és 1-2 m hosszú rudakat állítanak elő, amiből levágják a 0,2-0,75 mm vastag lapokat, amiket különböző célokra használnak (napelem, integrált áramkörök, processzorok). Dr. Pátzay György 66